1.3.3.1船舶

 

    近年来我国造船事业迅猛发展，各种新型船只日益增多。考虑到造船成本和船舶的性能，大多数船舶都采用高强度的钢铁材料做外壳。钢铁在海洋环境中腐蚀较为严重，腐蚀破坏船体结构造成严重损失，有时甚至会对船员的生命造成威胁。因此需要对船舶进行腐蚀检测和防腐处理，延长船舶的使用寿命。船舶本身结构复杂庞大，严酷的海洋环境使船舶极易腐蚀。船舶易腐蚀部位主要有船壳、船体上层建筑、管路、压载舱等。每个部分因其所处腐蚀环境的不同，腐蚀特性也有所差别，腐蚀类型呈多样性。

 

    船舶腐蚀存在的主要问题：

 

    1）紧固件腐蚀问题

 

    在非耐压壳体区域及内舱底部，部分紧固件出现比较严重的锈蚀，部分已丧失强度，急需更换。原因可能为目前使用的紧固件大多仍为渗锌或镀锌防护处理的碳钢紧固件，其在海洋环境中的防护寿命较短，不能满足干湿交替及高温高湿工况的长效防护需求。

 

图1-5 紧固螺栓腐蚀状况

 

    2）防腐涂层剥落

 

    船体上层建筑部位防腐涂料出现剥落现象，尤其是在导轨两侧与上层建筑区域铜合金管路外壁，另外在甲板的焊接部位，防腐涂层也出现剥离现象，非耐压壳体出现大量锈蚀，原因可能为仍采用氯化橡胶系列防腐涂料，防腐寿命较差，另外在出海期间经常补涂，没有及时清理基体，导致结合力不高。

 

           图1-6 甲板以及非耐压壳体的锈蚀与剥落

 

    3）牺牲阳极材料及优化布置问题

 

    调研发现，船上使用的部分阳极仍然为三元锌阳极，其在上建及内舱等干湿交替环境工况下的溶解性能较差，容易结壳，影响再活化，会造成局部欠保护。

    4）海水系统用牺牲阳极寿命短

 

    调研发现，海水系统尤其是冷凝器系仍采用三元锌阳极对铜制海水系统进行防护，选用的锌不到两个月内都消耗完毕，完全达不到防护要求。

 

图1-7 消耗情况

 

    5）内舱及管路系统

 

    大部分船体底舱有不少积水，潮湿环境加速了舱底钢制管路及其紧固件的腐蚀，而且发现在多处通海阀杯形管节法兰处发生严重腐蚀。

 

 

图1-8 海阀杯形管节腐蚀状况

 

    由于舰船装备的特点，空间的局限，环境条件的影响等因素限制，舰船装备在防腐蚀监测方面，很多监测技术手段的应用难以开展。但随着机械、电子、材料学科、传感器、换能器技术、信号处理技术、缺陷识别技术等多项技术的发展与融人，正在不断得到新的发展和应用。结合舰船装备防腐蚀监测的迫切需求，当前，在舰船装备防腐蚀监测技术研究和开发领域，当前主要集中在新型传感器的开发应用、传统监测技术手段的改进、多种传统监测技术手段的融合、监测设备的便携和智能化等。

 

    船体的防腐蚀监测的内容包括两个方面：一是船体腐蚀状况监测：另一个是船体腐蚀防护效果监测。这类监测技术有船体阴极保护状态监测（船体电位监测）、船体腐蚀状况监测（超声波测厚技术测量船体钢板平均厚度，X射线或超声波腐蚀测试仪，钢板表面腐蚀坑深度监测）、水下电视监测系统（船体水下腐蚀及污垢状况监测）、热波成像检测系统等。

 

    与此同时，舰船防腐也存在一些问题，这些问题主要包括：

 

    （1）舰船腐蚀监测技术开发、投入较少

 

    由于前期对舰船腐蚀监测的重要性重视程度不够，致使经费投入不足，科研立项渠道狭窄，严重滞后舰船腐蚀监检测技术的发展和应用。腐蚀监检测技术在石油化工、核工业领域得到了重视而获得了长足的发展，但是由于市场推动作用，大量的腐蚀监检测探针、监测系统和评判标准方法等均掌握外国外公司手中，国内少有完全自主开发能力。随着我军舰船的快速发展，舰船体积大，内部结构复杂，舰船关键部位的腐蚀问题得到军队和总体所的高度重视，舰船腐蚀监检测技术亟待大力投入，快速发展以适应新形势下舰船发展的需求。

 

    （2）舰船腐蚀监检测技术的实际应用偏少

 

    目前绝大多数舰船不具备腐蚀监检测装置。除了前期对腐蚀监检测技术的重视不够外，另一方面是舰船腐蚀监检测技术发展严重滞后，还不能针对典型的腐蚀问题建立有效的监测系统，无法满足实际舰船工况下的腐蚀监检测需要，也限制了舰船腐蚀监检测技术在实船上的应用。舰船的腐蚀检测目前仍以人工目视检查为主，往往在装备腐蚀失效时才发现问题。前期已经发生的事件显示，腐蚀问题均是在已经穿孔泄露时才会被人工勘验发现，这不但损失巨大，更重要的是严重影响舰船的战备状态。舰船腐蚀监测技术提高需要一个使用的平台以检验监测效果，在设计、制造和后期服役过程中强化腐蚀监检测在其中的应用，在应用中并不断完善提高技术水平，才能逐渐形成更为适用的腐蚀检测系统。

 

    （3）国内舰船腐蚀监检测技术水平仍然偏低

 

    国内舰船腐蚀监检测技术缺少自动化、智能化的实用检测产品和装置。还没有形成系统、完整的全船智能监测系统。腐蚀监测系统包括前端的监检测传感器，数据采集和传输，上层的数据集中分析和决断等。目前国内在多次环境上均不足，如传感器技术严重滞后，只有集中腐蚀探针达到国际先进水平，大多数探针还依赖进口。虽然监测软件系统容易建立，但是腐蚀数据的评判需要系统科学的判据，这方面也非常缺乏，国内中船重工七二五所、中科院金属所等单位经过多年研究虽然建立了一些材料腐蚀数据和相关标准等，但是对于舰船全船庞大而复杂的结构，一个自动、智能的腐蚀监检测平台的建立还需要大量的前期工作。

 

    （4）舰船腐蚀状态评估与寿命预测严重不足

 

    腐蚀评估与寿命预测工作在我国尚处于探索研究的起步阶段，理论体系尚不健全，技术方法相对落后，严重依赖国外，而且缺乏相关标准和依据。民品中对于管道腐蚀疲劳，海管腐蚀评价等研究工作多依赖DNV等国外现有标准方法软件逐渐发展起来。但是，舰船腐蚀评估与寿命预测，可借鉴的资料和方法不多。目前国内主要采用加速腐蚀的方法进行研究，如金属所、北科大、七二五所等单位搭建了加速材料腐蚀的各种平台，建立材料腐蚀评估模型。但是这方面的工作还远远不够。

 

    （5）缺乏舰船全寿命周期内的腐蚀与防护整体规划和完善的成套技术

 

    舰船全寿命周期腐蚀的整体规划，仍需要下大力气，联合总体所、国内腐蚀研究实力雄厚的科研单位等形成合力进行大力公关，建立舰船的腐蚀防护顶层设计，结合舰船腐蚀监检测技术和评估方法，形成舰船全寿期腐蚀防护方案、腐蚀监测技术、腐蚀控制方法、标准规范等一系列措施，实现舰船腐蚀问题有效控制。

 

    船舶上普遍使用多种金属材料，如钢质船体、铜质、钛合金、不锈钢及钢质管道，铝质上层建筑等。它们之间不可避免地要进行相互连接，如钢管要固定在船体上，不锈钢管路可能与铜质阀门连接，钛合金管道也可能与钢质船体或铜质阀门连接等。如果这些不同金属之间未加电绝缘，当管路、设备的内部或外部有海水时，就会发生电偶腐蚀。致使负电位的金属遭到快速腐蚀溶解。因此，在船舶上，采用防腐蚀电绝缘连接方式，避免此类问题的发生。

 

    海水中有些生物和微生物，它们容易附着在船体及海水管道表面，而形成船体海生物污底。它对船体的腐蚀起到复杂的影响作用。虽然一方面，有些海生物死亡后留下的石灰质壳体，当它们覆盖满金属表面时，能起到一定的保护作用，减缓腐蚀；但是，起主要作用的是另一方面，附着在船体表面的海生物生命活动中释放的CO，使周围海水呈酸性，死亡的海生物分解放出H2S，又会使金属的腐蚀速度增加；有些海生物能够穿透和破坏涂层，使金属腐蚀加速。船体海生物钙化的污底会加速涂层系统失效，因此增加船体结构对腐蚀的敏感性。

 

    （节选自《我国船舶腐蚀成本调查报告》）

    1.3.3.2轨道交通

    在我国，铁道行业是各种材料、特别是金属材料钢铁的主要用户之一，目前铁路车辆的车厢结构以耐大气腐蚀钢为主，一般桥梁以钢筋混凝土结构为主，大型或特大型桥梁则以钢桥为主要形式，材料主要为16 Mn。这些金属材料在使用中遇到的一个主要问题就是腐蚀，近年来部分铁路事故（故障）很可能与腐蚀有关。由于金属材料及防护措施的改进，相对20世纪90年代以前，腐蚀问题显著减轻，突出的表现就是车辆等钢结构设施的使用寿命和维修周期延长，钢材因腐蚀引起的截换量大大下降。如客车的段修期由过去的1.5年提高到2年，厂修由4～6年延长到6～8年；货车厂修由6～8年延长到8～10年。铁路运输在国民经济发展中有极其重要的作用，在我国运输市场中占据很大份额，其中货运已占到运输市场的54.6 %。

    铁路车站对火车进站及站内位置的准确监控，是确保铁路安全营运的重要环节，目前大型车站主要是通过铁轨与车轮之间的电导通来监测火车在站状况的。然而，目前大多数车站钢轨都常年暴露在大气雨水环境下，受到严重的腐蚀，特别是对于工业污染严重的城市，酸性降雨使钢轨大气腐蚀更为严重，由此导致使用率较低的站台钢轨表面常常会积累一层较厚的铁锈，这将严重影响铁轨与车轮之间的电导通，从而容易形成监测盲区，破坏铁路系统对于火车监控的有效性和准确性，不仅会大幅度增加火车调度的工作难度，而且还可能导致火车相撞的危险。解决这一问题的有效方法之一是采用耐蚀更好的钢轨材料，但是这将明显提高铁路的成本。

    1）火车铁轨的腐蚀

 

    由于铁轨常年暴露在露天情况下，在大气雨水、酸性降雨，以及各种湿热环境，冷暖交替环境下，受到严重的腐蚀，在铁轨的紧固螺栓处，很容易出现大量锈蚀。

 

      图1-9环境以及腐蚀状况

 

    铁路钢轨的腐蚀主要发生在海滨、盐湖地区及潮湿的隧道中。由于受潮湿气氛的影响，加上有害气体使水膜的pH降低和含盐量较高，为腐蚀提供了充足的条件，部分地区或路段钢轨腐蚀十分严重，有些短时间内即开始成片状脱落。对于钢轨的腐蚀问题，较为常用的解决办法是将钢轨降低一个等级使用，如P75轨按P60普通轨使用，并定期（或定运量）强制换轨；另一个方法是进行保护，如采用外加电流保护或进行表面涂覆（油漆）等。

    轨道扣件和接触网金具的腐蚀，在四川、重庆等某些潮湿地区也是非常严重的，热镀锌接触网金具的使用寿命最短仅一年多，而由耐大气腐蚀钢制成的产品在裸用的情况下其寿命反倒可以稍长一些。从理论上说，镀锌产品、特别是热镀锌在通常的大气环境条件下会有不错的表现，寿命有几年甚至几十年，但在严重空气污染、特别是酸雨地区并不适用。

    2）火车车厢的腐蚀

    车厢腐蚀又大体可以分为两部分：（1）车厢内部腐蚀；（2）车厢外部腐蚀。车厢内部腐蚀主要集中在车厢内部的洗漱间内。由于水分的存在，导致洗漱间内的钢板焊接处，紧固件连接处等出现锈蚀。

 

    车厢外部腐蚀主要为车厢厢体表面腐蚀，车体外部部件等，外部部件主要为车轮的腐蚀，由于车轮长时间处于运转状态，导致受到疲劳应力，加上处于暴露环境下，很容易发生大量锈蚀以及应力疲劳裂纹，给火车运行造成危害。

 

图1-10车轮处腐蚀

 

    3）铁路设施的腐蚀

 

    不仅仅是铁轨以及车厢存在腐蚀情况，各种与之相对应的设施也遭遇着各种腐蚀。如铁路桥梁，支架，隧道设施等等。铁路桥梁的钢结构常年暴露室外，我国幅员辽阔，铁路线拉的很长，钢桥所处的环境条件很不相同，涉及了我国几乎所有的气候类型，如东北、华北、中原的钢桥分别处于寒冷、高温、温暖、干燥性的气候条件下，华北、华南的钢桥处于亚湿热、湿热、含有盐雾的海洋性气候条件下，西北的钢桥处于风沙性的气候条件下，西南的钢桥处于湿热、酸雨性的气候条件下，新建的青藏线上的钢桥处于强紫外线的照射条件下。由于所处的外部环境不同，钢桥的腐蚀特性、严重程度也就不尽相同。对钢铁桥梁的防腐，早在1 8 世纪末欧洲一些国家就已意识到进行保护性涂装的重要性。多年来我国在钢桥防腐蚀涂装方面也投入了大量人力、物力，现在武汉长江大桥铁路桥面系纵梁因锈蚀而更换的事实，使我们更加清醒地认识了钢桥防腐蚀涂装的重要性。

 

           图1-11 铁路设施设备腐蚀

 

    由于隧道处于地表以下，地层中砂层的地下水对混凝土结构具中等硫酸盐腐蚀、弱盐类结晶型腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋在长期浸水中具弱腐蚀、在干湿交替中具强腐蚀，对钢结构具中等腐蚀性。

 

    钢筋的腐蚀是结构破坏的重要因素，在腐蚀性地下水的环境，尤其是在Cl- 离子含量较高时，钢筋的防腐蚀措施极为重要。

 

    现有主要的钢筋保护方法有：

 

    （1） 采用环氧涂层钢筋造价高，施工要求高，现阶段在地铁车站混凝土结构中，尚无条件广泛采用。

 

    （2） 钢筋阴极保护，造价高，在地铁车站结构中采用尚有技术问题没有解决，同时长期维护费用大，难以在地铁车站混凝土结构中采用。

 

    （3） 掺入钢筋阻锈剂，造价较低，是比较可行的方法。

 

    当火车经过山脉或者河流时，桥梁便成了沟通的介质，因此钢结构桥梁也存在巨大的腐蚀问题。影响桥梁的腐蚀因素有很多，主要有温度、湿度以及大气中SO2的含量等，通常情况下产生的腐蚀类型有三种：

 

    均匀腐蚀：均匀腐蚀是在金属整个表面上发生均匀减薄的腐蚀，桥梁上的钢结构基本发生此类腐蚀。

 

    点蚀：钢材在适宜的环境介质中，经过一定的时间大部分表面未受腐蚀，但在个别的点或微区内，由于金属的选择性腐蚀而出现蚀孔或麻点。随着时间的增加，蚀孔向纵深方向发展，这种腐蚀形态称为点蚀。点蚀的产生一般是由于Cl-吸附在金属表面膜中某些缺陷处引起的，如广东某斜拉桥于1988年12月建成，1995年一根钢索上段突然断裂，经分析其腐蚀产物发现含有0.1 % Cl-和0.1 % SO42- ，其断裂原因主要是由于Cl-点蚀造成的。又如北京西直门立交桥建于80年代初，因冬天使用防冰盐来防止结冰，Cl-渗入钢筋混凝土，破坏钢筋表面钝化膜，产生点蚀，使立交桥提前失效而不得不整体拆除重建。

 

图1-12 钢结构铁路桥梁腐蚀

 

    缝隙腐蚀：金属铆接、螺栓连接、螺钉接头等金属与金属间的连接结构（或非金属材料的法兰垫圈与金属材料间）不可避免地存在缝隙，当具有缝隙的这种金属结构暴露在腐蚀介质中时，在缝隙的局部范围内常产生严重的腐蚀。如重庆綦江彩虹桥倒塌的主要原因之一是吊杆上部铆接处水泥灌浆不满，铆接处缝隙发生腐蚀，造成吊杆断裂。

 

    腐蚀几乎无处不在，包括生产工艺、技术措施、材料选择、监测和防腐管理各个环节，因此本课题将选取有代表性的单位和部门通过实地调研，综合分析从防腐蚀工作设计到生产管理各环节对腐蚀控制的影响，探讨这些因素与腐蚀成本控制之间的关系。分析腐蚀失效的表现形式、失效带来的直接经济损失、失效带来的次生危害及经济损失。最后结合政策调研以及行业的未来发展状况，针对不同的腐蚀控制目标，提出最优化的腐蚀防护策略的实施方案。

 

    （节选自《我国轨道交通行业腐蚀成本调查报告》）

 

    1.3.3.3飞机

 

    飞机防腐在国民经济建设中具有重大意义。采用腐蚀与防护技术可以有效控制材料失效，达到延长材料使用寿命，减少材料提前失效所引发的事故，提高材料使用的可靠性、安全性、经济性和耐久性，有力地节约资源、节能减排、发展低碳经济、支持国家可持续发展。

 

    从飞机设计和制造来看，不同金属的零部件相接触，造成不同金属之间的电位差和导电通路，各个部件组装在一起时，缝隙会存水和脏物形成电解质，会造成电化学腐蚀；有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源；在飞机制造过程中，由于生产工艺不当，保护性涂层做得不好，缺乏腐蚀控制措施等等原因，都可能带来腐蚀的隐患；在飞机使用过程中，飞行环境的恶劣，飞机表面涂层损坏，运输易产生强电解液体的货物都会使机结构产生腐蚀问题；不恰当的飞机维修和勤务，也会使飞机面临更多的腐蚀问题。飞机的腐蚀按其成因来分，主要可分为电化学腐蚀、表面锈蚀、应力腐蚀三大类，而电化学腐蚀是目前飞机最普遍和最严重的结构腐蚀之一。飞机的结构腐蚀如果不能得到有效的预防和控制，会造成结构修理工作量加大、修理周期延长、结构件大面积的加强和更换，由此导致很大的直接和间接经济损失，并造成飞机自身的不安全隐患。

 

    缝隙腐蚀：发生在相似金属交接的地方，如果有水分进入，缝隙口的含氧量和缝隙内的含氧量不同，形成电位差，含氧量高的缝隙口处金属被腐蚀。一般出现在登机门门槛和货舱门槛处。缝隙腐蚀也叫浓差腐蚀，这类腐蚀是水分进入缝隙后，由于缝隙口处与位于缝隙中间及底部的水分含量不同形成电位差。在含氧量高的缝隙口处，金属就成为正极而被腐蚀。

 

    微生物腐蚀：霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。影响油箱微生物繁殖的主要因素是：霉菌孢子、燃油、水和湿度。霉菌在燃油和水的交界面上繁殖，呈长丝状，相互交织在一起形成网状物或球状物，看上去很黏，呈褐色或黑色。这种霉菌分泌物能破坏或穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶，从而腐蚀铝合金结构。

 

    摩擦腐蚀：两个相连接结构件，由于振动造成的相对运动使结构件磨损，新的磨损表面暴露在环境中，摩擦所产生的微粒反过来又加速磨损和腐蚀。常见于承受高频振动的地方，如起落架的轮轴和操纵系统活动面的连接轴上。

 

图1-13飞机壁板腐蚀

  图1-14飞机壁板腐蚀

                      图1-15飞机壁板腐蚀

图1-16飞机座椅滑轨腐蚀

    应力腐蚀：是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现，而应力腐蚀则以裂纹的型态出现，且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象，因此很容易被忽略，形成潜伏的危险因素。造成应力腐蚀的四个基本条件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蚀环境、施加或残余拉伸应力、以及时间。一般出现在承受大载荷的飞机结构部位，如地板龙骨梁上，桁条，机翼前后翼梁上，下桁条等处。

 

    异电位腐蚀：异电位腐蚀的现象可说是电镀的逆过程。当两种或两种以上不同的金属材料搭接成电导通状态时，因为彼此间的电位不同，材料间就会有电流通过，加上潮湿的环境有类似电解液的功用，致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀，并有硫化物、氯化物、氧化物的沉积。要防止异电位腐蚀，相互搭接的各结构零组件得挑选电位相近的材料，如果非得使用不同类型的材料，可以采用铬酸盐或环氧树脂等进行涂装，进行腐蚀防护。

 

    随着飞机先进复合材料等的应用，如石墨纤维和铝，两者的电位差很大，交界面有发生异电位腐蚀的风险，需采取相应的防护措施进行防护。

 

    近期，我们对中国民航波音机队腐蚀情况进行了调研。对腐蚀分布图的简要分析，可以得知腐蚀以机身下半球为，主龙骨梁/轮舱区域的腐蚀发生次数并不突出。腐蚀区域主要有客舱区域、客舱门区域、厨房、卫生间结构、前货舱区域、前货舱门区域、后货舱区域、后货舱门区域、龙骨梁/轮舱区域、蒙皮等部位。

 

    各种飞机的多数关键零部件都出现过腐蚀故障，重大腐蚀事故多由发动机零部件引发；各种腐蚀类型都出现过，尤以腐蚀与应力协同作用发生的腐蚀类型（应力腐蚀、氢脆、镉脆、腐蚀疲劳）导致的故障危害最大；各种材料都发生过腐蚀，尤以高强度材料腐蚀及其与应力协同作用发生的故障危害最大。腐蚀故障引发过一、二、三等重大事故，造成过重大损失。

 

    按材料分析，所重大腐蚀故障件中，最危险的腐蚀事故多发生在受力较大的高强度材料（超高强度钢、高强度钢、渗碳氮钢等），是应力与腐蚀协同作用的结果。

 

    从技术责任分析，重大腐蚀故障的发生，那个部门当负主要责任，有调查表明，以电镀、热处理和机械加工造成的过失造成的事故居多，我国航空制造的决定权在设计，只有经过设计部门批准的制造工艺才可以使用，所以，制造工程中的责任也应该是设计负责，或者说设计与制造共同负责，可见，航空腐蚀故障的频频发生，制造的不科学当负责任，更应该负责的是设计。设计师和制造工程师没有责任、不担责任、无知和疏忽是造成航空腐蚀事故的主要责任人。

 

    按材料分析，所发生的重大材料失效故障案例种，最危险的腐蚀事故多发生在受力较大的高强度材料（超高强度钢、高强度钢、渗碳氮钢、弹簧钢和不锈钢等），是应力与腐蚀协同作用的结果。表现在高强度材料制件上，典型材料失效案例中，强度较高的钢材引发的事故所占比例最高。可见，材料失效以高强度钢材引发的事故占据明显的位置。

 

    按腐蚀分类分析，重大材料失效故障，多发生在受力与腐蚀协同作用出现的腐蚀和疲劳类型上，例如，应力腐蚀、氢脆、镉脆、腐蚀疲劳等。国际运输机协会的综合报告指出，飞机失效的主要因素是腐蚀和疲劳，而纯粹的疲劳是没有的，因为没有那个制件能摆脱环境的作用，都是在环境作用下发生的失效，所谓疲劳失效实质上就是腐蚀疲劳失效。事实证明，腐蚀是引起飞机失效的最主要因素。

 

    各航空企业存在的腐蚀情况一般或较轻，各单位均有腐蚀防护的相关规范要求，但尚不完善，执行的标准主要有企业标准、行业标准和国家标准，且各企业内部均提供专业的腐蚀防护技术相关培训，有相应的腐蚀工作记录，并用于指导企业中的腐蚀防护相关工作。

 

    航空装备具有高减重、高可靠、长寿命等严格的使用要求，各主机所在制定整体设计方案时就把防腐蚀问题考虑在内，并将腐蚀防护的措施贯穿于制造、运行、维护等装备全寿命周期。各单位对于腐蚀防护专业技术人才、新型腐蚀防护技术、腐蚀防护解决方案等都有迫切的需求，在选择腐蚀防护对策时，有限考虑防腐技术的先进性和长效防腐性，其次考虑防腐技术的成本价格。各单位认为，建立材料腐蚀、损伤数据库以及材料选定数据库，建立和使用全寿命成本评估方法（LCCLCA），使用或改进防腐蚀监测和维护管理方法，使用腐蚀剩余寿命评价技术、监测技术，使用新材料，维护中使用新型防腐修复技术，建立腐蚀行为模型等对于提升企业整体防腐蚀水平有重要的作用。

 

    航空发动机零部件长期在具有高温、高压、油雾、氧化等复杂、严酷的环境中服役，因此其腐蚀状况普遍较机体严重，且维护成本较高。随着国际形势的不断变化以及国产大飞机的研制加速，舰载飞机、远程宽体客机等对于飞机的耐海洋腐蚀能力提出了更高的要求，这有助于促进航空装备腐蚀防护技术发展，保障航空装备服役的可靠性、安全性。

 

    由腐蚀造成的损失存在于设计、制造及运行、维护各个阶段，且发动机的腐蚀成本明显高于机体。如果没有采用现有的防腐蚀措施，由腐蚀产生的损失可能会增加10 % ~ 30 %，因此先进的腐蚀防护技术对于降低总体腐蚀成本有重要作用。

 

    未来航空武器装备对功能性、长寿命等要求很高，特别是舰载机的发展及我国海洋大国战略定位，需研究海洋环境下材料的腐蚀与防护性能，使飞机能够适应湿热海洋环境，从而保障飞机的出勤率和战斗力，降低维护修理费用，延长服役寿命。近年来，我国周边区域军事热点事件频发，我国南海主权不断受到东南亚国家挑战，在钓鱼岛附近海域与日本存在潜在冲突。从我国海军舰队远赴亚丁湾打击索马里海盗等举措可以看出我军的建军思想从之前的近海防御正在转变为距海岸线中远距离作战，冲出第一岛链的诉求不断强烈。在这种局势下，如何保证我军武器装备在较为陌生的地域、海域和空域仍然有效的发挥战斗力就成了摆在眼前的问题。

 

    我国军用飞机已经发生的严重腐蚀问题已经证明了目前飞机尤其是海洋飞机腐蚀设计的局限性。以往的腐蚀设计技术主要针对的是内陆环境服役飞机，是基于经验的研究方法逐步建立并完善起来的。在形成过程中，已有大量的飞机处于不同的服役状态，从生产状态、服役状态、大修状态、再到服役状态直至退役状态。这些不同状态的飞机，为腐蚀防护设计提供了大量的、丰富的宏观经验和教训，在设计中目标和状态明确，针对性强，效果好。然而，由于我国尚没有海洋飞机长期服役，缺乏可直接借鉴的经验，其腐蚀防护系统研究刚刚起步。因此目前在腐蚀防护设计上只能以内陆飞机腐蚀防护设计为主，局部进行完善，虽然加强了在装配过程中防护设计，但整体提升有限。随着海洋飞机大规模长时间服役，腐蚀现象将日益严重，影响我军战斗力的发挥。

 

    因此，完全以内陆飞机的使用维护经验为基础，已经无法解决海洋飞机服役过程中的腐蚀问题，无法满足我国海洋飞机腐蚀防护发展的需求。因此，面对恶劣的使用环境，亟需开展海洋大气环境飞机腐蚀防护研究，积累典型材料、涂层及易腐蚀结构、机载电子产品在海洋大气环境下的腐蚀数据并研究变化规律，建立海洋大气环境的实验室加速试验方法及装置并开展验证和应用研究，以满足在研和新一代海洋飞机的腐蚀防护要求。

 

    （节选自《我国飞机腐蚀成本调查报告》）

 

    1.3.3.4汽车

 

    随着全球经济的不断发展，汽车的使用也越来越普及，已经成为现代社会重要的运输工具。特别是我国，进入21世纪后以每年超过10 %的速度在增长，目前保有量已达到2.8亿。汽车的主体是金属材料，如：钢材、铝材等。这些金属材料在使用过程中会逐渐的发生腐蚀，不但影响外观装饰性，也会影响到功能和安全，都会导致用户对主机厂的抱怨，影响品牌形象，给汽车产业带来经济损失。在汽车发展中，各国追求的目标之一是提高汽车质量，延长汽车服役寿命。

 

    金属材料作为现代工业社会的主要支柱之一，在汽车工业中更是起着非常重要的作用，其主要应用于汽车的车身和底盘、动力和传动系统等。对于金属构件而言，腐蚀是材料失效的主要方式和机制之一，而且腐蚀失效通常代价是很昂贵的。汽车作为现代工业的产物已历经百年的发展历史，期间各个国家无不从安全和经济的角度出发，追求如何延长汽车的服役寿命，同时降低汽车的使用和维护的成本。据统计，汽车的损坏主要有三种形式，即事故损坏、摩擦损坏和腐蚀损坏。其中，腐蚀损坏最为普遍，主要是由于汽车制造所采用的材料一直以金属为主（钢铁材料在汽车总重量中占比约为72 % ~ 88 %）。

 

    当今汽车工业在中国仍处于蓬勃发展时期，2015年全年中国汽车市场的销量为2, 459.8万辆，再一次毫无悬念地摘得全球第一。同样我国所承担的汽车腐蚀问题造成的经济损失也是最大的。据统计，我国每年汽车腐蚀造成的经济损失达1000亿以上（来源：国家材料腐蚀与防护科学数据中心）。因此，汽车用材中金属腐蚀保护的重要性是显而易见的。

 

    我国汽车行业起步较晚，自主品牌没有明确的整车动态腐蚀试验方法和评价方法，基本以海南热带气候试验有限公司编制的汽车行业标准《QC/T 732-2005 乘用车强化腐蚀试验方法》为基准，进行整车动态腐蚀试验和评价。试验周期为3~6个月，能够对新车型开发设计和批量防腐质量控制提供较为有效的方向性指导。因此，整车动态腐蚀试验是汽车厂进行开发设计、批量质量控制的必要有段之一。

 

    汽车腐蚀不仅造成巨大的经济损失、材料和能源的浪费，而且还带来环境污染、交通事故。据报道，世界每年每辆汽车腐蚀的平均损失为150～250美元，各国汽车腐蚀的年损失为：美国2, 000亿美元，原西德20亿马克，英国2～5亿英磅，瑞典5亿克朗，前苏联25亿卢布。在我国，粗略估计80年代初全国汽车腐蚀损坏进行维修的材料费即达l0亿元人民币。上海公交车辆车身腐蚀损失每年可达2, 490～2, 550万元。

 

    中国汽车工业协会数据显示，我国汽车销售逐年加速增长；2013年，我国产销2, 211.68万辆和2, 198.41万辆，同比增长14.76 %和13.87 %；中国已成为全球第一大汽车市场。

 

    汽车的腐蚀频率与车龄和运行里程有关。所谓的腐蚀频率是指出现腐蚀的车辆占被调查车辆的百分数。可见，汽车腐蚀频率分别随着车龄和运行里程的增加而增加。

 

    汽车常见的腐蚀类型包括斑状腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等。

 

    斑状腐蚀是汽车车身通常发生的一种腐蚀，表现为面漆或涂层鼓泡和脱落、露出基体金属、出现均匀腐蚀或蚀坑。 腐蚀原因是多方面的，有的是因为基体金属阴极反应导致气体鼓泡剥离；有的是因基体金属的阳极溶解导致涂层脱落；有的是因为沙石飞溅使漆层分离；有时候是多种因素同时存在造成腐蚀。

 

    汽车缝隙腐蚀有着许多特殊形式，如穿透腐蚀、丝状腐蚀、沉积（垢下）腐蚀等。这些腐蚀的表现形式不同，但究其发生原因，都是由于存在缝隙，而缝隙内外氧含量、离子组成浓度以及pH值不同，均导致腐蚀发生。缝隙腐蚀是汽车腐蚀最严重的腐蚀形态，也是造成汽车损坏的最重要原因。

 

    汽车局部腐蚀还有点腐蚀、双金属腐蚀、晶间腐蚀。点腐蚀常发生在不锈钢、铝及铝合金、锌合金构件以及镀锡、镀铜、镀铬镍零件表面。特别是有氯离子的环境， 即在有防冻盐的道路上和海洋大气中，汽车点腐蚀最为严重。双金属腐蚀是发生在电位不同的异金属连接件中电位较负的金属，如与钢件连接的锌、铝及其镀层，由于电位差作用易发生腐蚀。晶间腐蚀是不锈钢、铝合金等汽车零件常发生的腐蚀。引起晶间腐蚀的原因是在制造中由于加热、焊接，从而引发晶粒与边界化学成分的变化。

 

    汽车中的一些承载构件，在潮湿腐蚀环境下，若受静载则易发生应力腐蚀破裂；若受周期动载则易发生腐蚀疲劳；若受微小周期振动则发生微动腐蚀。汽车构件受载下腐蚀的危险在于构件承受远低于材料的屈服极限的载荷下发生零件断裂。该种腐蚀的隐密性、突发性是汽车安全行驶的隐患。

 

    汽车的腐蚀部位主要为车身、车架附近、热交换器、发动机系统等。路上的沙子等打在汽车的外表面，引起涂层脱落，导致汽车底部材料生锈，则引起局部腐蚀。车底盘遇到碎石、泥沙撞击等，极易破坏汽车表面的防护层，当接触到水和空气中的氧，就会引起化学作用而腐蚀。

 

    我们还需要认识产生严重腐蚀的部位，通过对车身不同部位穿孔腐蚀比率的统计，若车身某部位发生穿孔腐蚀的比率较高，说明该部位是进行白车身防腐蚀设计的关键区域。故，这些区域需在防腐蚀设计中需密切关注。

 

    对各部位产生穿孔腐蚀的比率进行排序，这与各部位的所经受的腐蚀强度成正比例关系：

 

    侧围裙边≥翼子板≥侧围其他部位（A、B、C柱下部）≥底盘≥轮眉≥四门≥后备箱≥发仓=顶盖≥机盖≥后备箱行李盖≥备胎盆

 

    上述分析结果表明，白车身腐蚀的重点区域，主要集中在由侧围裙边、翼子板、侧围ABC柱、轮眉、底盘组成的车身框架内，但四门部位也不能忽视。

 

    从投诉的数量看翼子板与发仓、大顶相当，但从腐蚀的强度看翼子板更容易受到破坏，在防腐蚀设计中更应该关注类似部位，应做到“有的放矢”，特别注意腐蚀强度高的部位。

 

    车门面板和框架在近地面区受到沙石飞溅和防冻盐影响腐蚀相当重。由于折叠焊接处涂层不完整，密封不严使水、气极易进入，故常发生自内向外的穿透腐蚀。窗框、装饰条附近，由于胶条密封不良或年长老化常引发缝隙腐蚀。车身骨架与面板之间也常出现缝隙腐蚀，在用铝合金作顶盖骨架、钢作顶盖外护面时，在含氯离子的环境中连接处常见到双金属腐蚀。

 

    影响汽车腐蚀的因素有汽车服役环境、设计、材料选择、制造工艺、维修保养等都影响汽车腐蚀发生役寿命的长短。在我国，汽车腐蚀在大气含SO2和Cl－高的青岛最严重，温湿度高、潮湿时间长的成都其次，较轻的是广州，而在干燥低温的北京和乌鲁木齐最轻。汽车设计中采用防护设计，腐蚀将大为减轻。若避免了袋状结构和滞留，就可以防止泥沙雨水的积存、从而减轻垢下腐蚀。所有部件连接采用封闭设计、堵塞缝隙，防止缝隙腐蚀。北京公共汽车由上下手摇开启改为左右推拉开放，大大减轻了窗角和面板的腐蚀。广州、成都公共汽车后期采用铝板做车身面板，青岛车有些采用玻璃钢制作，有些载货车用镀锌板制作燃油箱、挡泥板、脚踏板，有些车用不锈钢制作装饰物，这些都大大提高了汽车耐蚀性能。

 

图1-17 汽车底部受到泥浆飞溅

图1-18 汽车底部连接部位腐蚀

 

    汽车车身上漆之前，采用严格的除锈、脱脂、磷化与钝化预处理工艺，将大大提高油漆附着力，从而提高汽车耐蚀性能。我国早年汽车制造中，有些厂家只采用简单的人工打磨除锈一道工序即上漆，油漆性能又不好，涂漆工艺也落后，致使汽车服役后短时间如半年至一年就出现面漆鼓泡、脱落、锈斑多处可见。

    从环境介质看，引起汽车腐蚀破坏的主要介质是大气环境，其中的二氧化硫和氯离子在汽车腐蚀中扮演者重要的作用。影响汽车腐蚀的因素主要是大气环境，空气中的相对湿度、二氧化硫、氯离子和灰尘，以及寒冷地区防冰盐。金属材料腐蚀与环境因素息息相关，温度、湿度、光照等因素都会引起表面防护层的变化，从而导致金属基体腐蚀。我国幅员辽阔，涵盖了从寒带至热带、海洋性至沙漠性等近10种气候分布，腐蚀情况极为复杂。对于汽车厂商来说，整车防腐是产品最重要的质量特性之一。但是整车腐蚀是长期使用过程中，在环境、使用习惯、停放存储等多种因素影响下才会发生的。通过用户车辆信息反馈来收集腐蚀数据，周期太长，通常要3~6年以上，无法对新车型开发和批量车型的监控形成有效的指导。为了解决实际腐蚀的时效性和起到预警作用，全球的汽车集团根据各自的市场份额、重点区域气候情况、用户使用及抱怨情况等，开发了各自的整车动态腐蚀试验方法及评价方法，可以在3~12个月内体现大多数在极端地域会出现的问题，提前通过开发设计、生产改进等手段进行解决，降低售后腐蚀风险。

 

    汽车腐蚀环境的研究是腐蚀工程正向开发过程及体系建立当中的首要环节。而汽车腐蚀环境包含了两方面的因素，第一方面是气候腐蚀环境的影响，其中包含的腐蚀因子有降雨/雪，空气中氯离子等。通过数学建模，可以形成中国腐蚀气候强度图。另一方面是汽车使用环境的影响，其中包含冬季路面除雪用的盐，车身及零部件在行驶工况下的应力，行驶过程中飞溅到车身上的碎石、泥污、水渍等因素。根据中国腐蚀气候强度图，选取典型的不同地区，通过在汽车上搭载标准的coupon样片，可以通过标准的coupon样片的腐蚀情况， 表征出在这些地区行驶环境下的腐蚀强度。往往在汽车上发生的腐蚀现象是这两方面环境因素的综合作用表现。通过实际的行驶环境腐蚀表现的强弱，对中国腐蚀气候强度图做进一步的修正，可以绘制出中国汽车腐蚀环境强度图，同时再结合国内客户对汽车腐蚀防护的期望及厂家的质保需求，可以制订出中国腐蚀环境的等级分类。

图1-19 汽车面临的泥浆环境

图1-20 汽车面临的雨雪低温环境

    对于汽车腐蚀的评价尚没有一个统一的标准，各国之间及各车企之间所采用的评价方法均不同。此外，目前所采用的评价方法测试所需周期长，不能对汽车及其零部件的耐蚀性能进行快速评价，这大大限制了新车的研发及试验周期。需要通过分析汽车零部件实际使用过程中出现的腐蚀损伤形式及特征，建立整车与零部件之间腐蚀失效关系，确定两者的加速倍率，实现可通过汽车零部件的腐蚀情况预测整车腐蚀行为，大大简化整车使用寿命测试流程。

 

    （节选自《我国汽车腐蚀成本调查报告》）